(57)【要約】      （修正有）【課題】成形用金型により光学素子のプリフォームを能率良く高精度のプレス成形を行うことができる光学素子のプレス成形装置を提供する。【解決手段】光学素子の成形機のプレス駆動機構として往復動型空気圧シリンダーからなり、ヘッド側作動圧室へ通ずる気体流路に該ヘッド側作動圧室の空気圧の精密減圧弁を、駆動ロッド側作動圧室へ通ずる気体流路に空気圧の電空減圧弁をそれぞれ設けて、上記精密減圧弁および前記電空減圧弁の開閉を制御して該両側の作動圧室の空気圧差を生じさせるか、前記両側の作動圧室へ通ずる流路に該両側の作動圧室への空気流入量を制御する電空比例弁をそれぞれ設けて、該各電空比例弁の開閉を制御して前記両側の作動圧室への空気流入量差を生じさせることにより、前記ピストンから延びる前記駆動ロッドを駆動させる空圧サーボアクチュエータを動作させ、該駆動ロッドの駆動により成形用金型を加圧して光学素子をプレス成形する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンの両側に作動圧室を有する往復動型空気圧シリンダーからなり、ヘッド側作動圧室に通ずる気体流路に該ヘッド側作動圧室の空気圧を一定に保つための精密減圧弁を設け、その反対側の駆動ロッド側作動圧室に通ずる気体流路に該駆動ロッド側作動圧室の空気圧をコントロールし得る電空減圧弁を設けて、前記精密減圧弁および前記電空減圧弁の開閉を制御して前記ヘッド側作動圧室と前記ロッド側作動圧室との間に空気圧差を生じさることによって前記ピストンを駆動させる空圧サーボアクチュエータと、該空圧サーボアクチュエータの前記ピストンから延びる前記駆動ロッドにより位置決めされ、かつ、プレス駆動されるガラスレンズ成形用プレス型と、前記精密減圧弁および前記電空減圧弁の開閉を制御する制御装置とを少なくとも備えたことを特徴とする光学素子プレス成形装置。
【請求項２】
前記空圧サーボアクチュエータは前記駆動ロッドの位置を検出する位置検出器および／または該駆動ロッドの軸方向に作用する力を検出する力検出器を備え、前記制御装置により該位置検出器からの位置検知信号および／または該力検出器からの力検知信号に基づいて前記電空減圧弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の光学素子プレス成形装置。
【請求項３】
前記空圧サーボアクチュエータは前記位置検出器および前記力検出器の両方を備え、前記制御装置により前記位置検出器からの位置検知信号に基づいて前記電空減圧弁の開閉を制御する位置制御モードと前記力検出器からの力検知信号に基づいて該電空減圧弁の開閉を制御する力制御モードとを、前記位置検知信号に応じて自動的に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載の光学素子プレス成形装置。
【請求項４】
ピストンの両側に作動圧室を有する往復動型空気圧シリンダ−からなり、ヘッド側作動圧室に通ずる気体流路および駆動ロッド側作動圧室に通ずる気体流路のそれぞれに、該各作動圧室に流入する空気の流量を制御し得る電空比例弁を設けて、該電空比例弁の開閉を制御して前記ヘッド側作動圧室と前記ロッド側作動圧室とに流入する空気流入量を調節することによって該ヘッド側作動圧室とロッド側作動圧室に流入する空気流入量の差を生じさせ、該空気流入量の差によって前記ピストンを駆動する空圧サーボアクチュエータと、該空圧サーボアクチュエータの前記ピストンから延びる前記駆動ロッドにより位置決めされ、かつ、プレス駆動されるガラスレンズ成形用プレス型と、前記電空比例弁の開閉を制御する制御装置とを少なくとも備えたことを特徴とする光学素子プレス成形装置。
【請求項５】
前記空圧サーボアクチュエータは前記駆動ロッドの位置を検出する位置検出器および／または該駆動ロッドの軸方向に作用する力を検出する力検出器を備え、前記制御装置により該位置検出器からの位置検知信号および／または該力検出器からの力検知信号に基づいて前記電空比例弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする請求項４に記載の光学素子プレス成形装置。
【請求項６】
前記空圧サーボアクチュエータは前記位置検知器と前記力検出器の両方を備え、前記制御装置により前記位置検出器からの位置検知信号に基づいて前記電空比例弁の開閉を制御する位置制御モードと前記力検出器からの力検知信号に基づいて前記電空比例弁の開閉を制御する力制御モードとを、前記位置検知信号に応じて自動的に切り替えるようにしたことを特徴とする請求項４または５に記載の光学素子プレス成形装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光学レンズ、ミラー等の光学素子のプリフォームを加圧成形するための光学素子のプレス成形装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガラスレンズをプレスにより成形加工するには、例えば成形するレンズプリフォームを金型内の上型と下型の間に装填し、金型を高温に加熱してから例えばその先端にプレス板が固定されたプレス軸をシリンダー中において摺動、下降させて金型をプレスし、該金型に装填されているプリフォームに該金型に形成してある球面形状を転写している。その際、プレス成形されるレンズ中心厚の制御は、例えば金型の脇にスペーサーを挿入する等してプレス軸が所定の位置以上に押し込まれないように該プレス軸の動きに規制をかけることによってレンズ成形を行っていた。
【０００３】
ガラスレンズ等光学素子のプレス成形に用いられる金型には、個々に高さのばらつきが生じる可能性があり、またレンズ成形に用いるプリフォーム材も一定の形状で出来ていない。ところが従来のプレス成形装置によるとスペーサーにより規制される目標位置まで常に一定の圧力でプレスすることになるため、金型に対するプレス圧の微調整ができず、それが成形されるレンズの割れや金型への付着またはレンズの加工精度を低下させる原因になっていた。そこでこのような弊害を防ぎ、成形されるレンズ中心厚を一定に保つため、成形に使用するストッパ（スペーサー）の寸法を個々の金型やプリフォームの大小にあわせて調整したりプレス位置を変更しなければならない状況にあり、このことはレンズの特性に多大な影響を与える上に、プリフォームや金型に合わせてストッパーの調整を行うことは煩雑であり、また、生産効率を低下させていた。
そのため、このような光学素子の加圧成形に供されるプリフォームの大きさのばらつきにかかわらず効率良くレンズの成形を行うため、プリフォームを装填した金型を加圧するための駆動機構として、例えば、ピストンの両側に作動圧室を有する往復動型シリンダーの該ピストンの内部に電導モーターによって駆動するスプールを組み込み、このスプールの動きに該ピストンを追従動作させ、その時のピストンの動きで成形用金型をプレスする、電気−空気サーボアクチュエータを駆動機構として使用したガラスプレス成形機が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−８５７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は光学素子のプレス成形装置に関する上記状況に鑑みてなされたもので、成型用金型の高さ、または被成形材であるプリフォームの大小にかかわらず、成形された光学素子の割れや金型への付着、寸法精度の低下を来すことなく、能率良くプレス成形を行うことのできる光学素子プレス成形装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は光学素子プレス成形装置の駆動手段として、プリフォームが装填されたプレス成形用金型（以下、金型という）をシリンダー中の空気圧によるピストン駆動によりプレスする方式の駆動機構について鋭意検討し、光学素子プレス成形装置の加圧手段として、圧縮空気により作動させるピストン往復動型空気シリンダー中におけるピストン両側の作動圧室への気体の流路に設けられた弁の制御により、ピストン両側の作動圧室内における空気圧または該両作の動圧室内へ流入する空気流入量を制御することによって該ピストンを駆動させる、空圧サーボ機構を備えた駆動手段（空圧サーボアクチュエータ）からなる駆動機構を採用した、下記構成の光学素子プレス成形装置とすることにより上記目的を達成し得た。
【０００７】
本発明の光学素子プレス成形装置は下記の構成を有する。
（１）ピストンの両側に作動圧室を有する往復動型空気圧シリンダーからなり、ヘッド側作動圧室に通ずる気体流路に該ヘッド側作動圧室の空気圧を一定に保つための精密減圧弁を設け、その反対側の駆動ロッド側作動圧室に通ずる気体流路に該駆動ロッド側作圧動室の空気圧をコントロールし得る電空減圧弁を設けて、前記精密減圧弁および前記電空減圧弁の開閉を制御して前記ヘッド側作動圧室と前記ロッド側作動圧室との間に空気圧差を生じさることによって前記ピストンを駆動させる空圧サーボアクチュエータと、該空圧サーボアクチュエータの前記ピストンから延びる前記駆動ロッドにより位置決めされ、かつ、プレス駆動されるガラスレンズ成形用プレス型と、前記精密減圧弁および前記電空減圧弁の開閉を制御する制御装置とを少なくとも備えたことを特徴とする光学素子プレス成形装置。
（２）前記空圧サーボアクチュエータは前記駆動ロッドの位置を検出する位置検出器および／または該駆動ロッドの軸方向に作用する力を検出する力検出器を備え、前記制御装置により該位置検出器からの位置検知信号および／または該力検出器からの力検知信号に基づいて前記電空減圧弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする前記（１）に記載の光学素子プレス成形装置。
【０００８】
（３）前記空圧サーボアクチュエータは前記位置検出器および前記力検出器の両方を備え、前記制御装置により前記位置検出器からの位置検知信号に基づいて前記電空減圧弁の開閉を制御する位置制御モードと前記力検出器からの力検知信号に基づいて該電空減圧弁の開閉を制御する力制御モードとを、前記位置検知信号に応じて自動的に切り替えるようにしたことを特徴とする前記（１）または（２）に記載の光学素子プレス成形装置。
（４）ピストンの両側に作動圧室を有する往復動型空気圧シリンダ−からなり、ヘッド側作動圧室に通ずる気体流路および駆動ロッド側作動圧室に通ずる気体流路のそれぞれに、該各作動圧室に流入する空気の流量を制御し得る電空比例弁を設けて、該電空比例弁の開閉を制御して前記ヘッド側作動圧室と前記ロッド側作動圧室とに流入する空気流入量を調節することによって該ヘッド側作動圧室とロッド側作動圧室に流入する空気流入量の差を生じさせ、該空気流入量の差によって前記ピストンを駆動する空圧サーボアクチュエータと、該空圧サーボアクチュエータの前記ピストンから延びる前記駆動ロッドにより位置決めされ、かつ、プレス駆動されるガラスレンズ成形用プレス型と、前記電空比例弁の開閉を制御する制御装置とを少なくとも備えたことを特徴とする光学素子プレス成形装置。
【０００９】
（５）前記空圧サーボアクチュエータは前記駆動ロッドの位置を検出する位置検出器および／または該駆動ロッドの軸方向に作用する力を検出する力検出器を備え、前記制御装置により該位置検出器からの位置検知信号および／または該力検出器からの力検知信号に基づいて前記電空比例弁の開閉を制御するようにしたことを特徴とする前記（４）に記載の光学素子プレス成形装置。
（６）前記空圧サーボアクチュエータは前記位置検出器と前記力検出器の両方を備え、前記制御装置により前記位置検出器からの位置検知信号に基づいて前記電空比例弁の開閉を制御する位置制御モードと前記力検出器からの力検知信号に基づいて前記電空比例弁の開閉を制御する力制御モードとを、前記位置検知信号に応じて自動的に切り替えるようにしたことを特徴とする前記（４）または（５）に記載の光学素子プレス成形装置。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の光学素子プレス成形装置によれば、金型をプレスする駆動機構としてピストンの両側に作動圧室を有する往復動型空気圧シリンダからなる空圧サーボアクチュエータを用い、電空減圧弁または電空比例弁の開閉を制御して該アクチュエータ内の前記両作動圧室内の空気圧または該作動圧室内に流入させる空気流入量のバランスを調整し、該両作動圧室間の空気圧差や空気流入量差を駆動源としてピストンを駆動さてその駆動圧により金型をプレスするようにし、また、駆動ロッドの位置検出器および金型に付加される荷重を検出する力検出器を設けて、駆動ロッドの位置に応じて前記の電空減圧弁や電空比例弁の開閉を制御する指令信号として位置検知信号と力検知信号とを使い分けることによって該駆動ロッドを駆動し、プレス圧を微調整しながら金型をプレスするようにしたので、空気圧による減衰効果のためにプレス時に被成形物に対する加圧力の微調整が可能となり、一度に急激な力が付加されることがないため被成形物の破損や金型への付着等のトラブルがなく、また、レンズ中心厚み等、光学素子の厚みの微調整も可能であり、金型の寸法やプリフォームの大小にかかわらず、加工寸法精度が良好で、能率良くプレス成形を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、図面を用いて本発明を更に詳細に説明する。
図１は本発明の光学素子のプレス成形装置の１実施例を例示するものであり、該装置の成形プレス機構を示す概略図である。本例の光学素子プレス成形装置は、外部より動力として供給される圧縮空気によって作動し、空圧サーボ機構を備えたシリンダー状のアクチュエータ（以下、単にアチュエータという）１内を空気圧によって往復駆動するピストン２から延びた駆動ロッド５の先端に設けられたプレスステージ７ｂ上に光学素子のプリフォームを装填したモールド金型８を載置し、ピストン２を駆動させて、上方で固定されているプレスステージ７ａにモールド金型８が当接するまで駆動ロッド５を上方に移動させてモールド金型８を加圧する。
【００１２】
なお、駆動ロッド５はピストン２の一端に固定しておいても、ピストン２と一体化してもよい。アクチュエータ１内の、ピストン２に対してヘッド側のヘッド側作動圧室３に通ずる気体流路である配管１３の途中には該作動圧室内の空気圧が常に一定圧となるようにコントロールする機能を有する精密減圧弁９が配設されており、一方、ピストン２に対して駆動ロッド５側の駆動ロッド側作動圧室４に通じる気体流路である配管１４中には該駆動ロッド側作動圧室４内の空気圧を自由にコントロールし得る機能をもった電空減圧弁１０が配設されている。
【００１３】
アクチュエータ１は動力源として外部より配管１２を通じて供給される圧縮空気により動作し、ピストン２の静止時においては、ヘッド側作動圧室３内が一定の圧力となるように精密減圧弁９が機能してヘッド側作動圧室３内の空気圧の安定化がなされていて、これとロッド側作動圧室４内の空気圧とのバランスを保つよう、電空減圧弁１０の開閉が制御されている。光学素子のプレス成形を行う時は、アクチュエータ１の駆動ロッド側作動圧室４内の空気圧を静止時よりも減少させるように電空減圧弁１０を動作させる。この時、ヘッド側作動圧室３には常時一定の空気圧となるように精密減圧弁９の開閉がコントロールされているので、両作動圧室間の圧力均衡が崩れ、ピストン２は低圧側である駆動ロッド側作動圧室４方向、すなわち上方に押し出され、駆動ロッド５はモールド金型８を加圧する方向に駆動する。
【００１４】
この状態、すなわちヘッド側作動圧室３と駆動ロッド側作動圧室４との空気圧の均衡を崩したままで放置するとピストン２の移動が止まらないので、本例の装置ではピストン２の移動を停止させるために、駆動ロッド５の位置を検知する位置検出器６が設けられていて、ここで駆動ロッド５の位置を検知し、その位置検知信号が制御装置１１に常時入力されるようにしておき、駆動ロッド５が予め設定された位置Ｌ１に達して、制御装置１１がこの位置Ｌ１に対応する位置検知信号を認識すると電空減圧弁１０にその指令信号を送り、駆動ロッド側作動圧室４の空気圧を少し上昇させてピストン２の駆動速度を低下させ、駆動ロッド５が更に上昇して予め設定された駆動ロッド５の停止位置Ｌｎに達すると、制御装置１１が位置検出器６からの位置Ｌｎに対応する位置検知信号を認識して駆動ロッド側作動圧室４の空気圧をヘッド側作動圧室３の空気圧とバランスさせてピストン２を停止させるように電空減圧弁１０の開閉を制御する機構となっている。
【００１５】
駆動ロッド５の駆動速度の調整開始位置Ｌ１と停止位置Ｌｎとの間に更にＬ２、Ｌ３…と小刻みに位置を設定して制御装置に記憶させておき、これらに対応する位置検出器６からの位置検知信号を順次認識して駆動ロッド側作動圧室４の空気圧の上昇速度を徐々に高めてピストン２の駆動速度が段階的に徐々に低下するように電空減圧弁１０の弁の開閉制御するようにしておけば加圧時にモールド金型８に対して急激な荷重がかかることがなく、被成形光学素子の破損等を防止することが出来る。
【００１６】
モールド金型８の加圧を終え、駆動ロッド１５の移動（上昇）が停止すると、電空減圧弁１０の開閉をコントロールし、位置検出器６からの位置検知信号には拘束されることなく駆動ロッド側作動圧室４の空気圧をさらに上昇させて、駆動ロッド５を逆方向（降下方向）に移動させ、両作動圧室内の空気圧のバランスを均衡させてピストン２を停止させる。なお、本例では、精密減圧弁９としてＳＭＣ社製電気レギュレータ（型番ＩＴＶ３０５０−２１２ＢＬ）を、電空減圧弁１０としてＳＭＣ社製精密減圧弁（型番ＩＲ２０２０−０２ＢＧ）を、また、位置検出器６としてソニー社製マグネスケール（型番ＤＧ−１００ＢＰＭ）をそれぞれ使用した。
【００１７】
上記例では位置検出器６のみを設置した装置の例を例示したが、位置検出器６と共に下側プレステージ７ｂまたは駆動ロッド５に力検出器を設置しておいて、この力検出器から検出された力検知信号も制御装置１１に常時入力しておき、駆動ロッド５が上昇してモールド金型８がプレスステージ７ａと接触してモールド金型８の加圧が始まる位置（予め設定してあるＬ１の位置）に達して力検知信号に変化がおきた時点で位置検出器６からの位置Ｌ１に対応する位置検知信号に代えてこの力検出器からの力検知信号により電空減圧弁１０の開閉を制御するように、電空減圧弁１０の作動制御を位置制御モードから力制御モードに切り替えるようにしておいても、モールド金型８に急激に無理な付加を与えて成形体を破損させることのないようにモールド金型８に付加される荷重の微調整を行うことができる。
【００１８】
図２は本発明の光学素子のプレス成形装置の別の実施例を例示するものであり、該装置の成形プレス機構を示す概略図である。本例の光学素子プレス成形装置は、図１に例示した装置と同様、外部より供給される圧縮空気によって作動し、アクチュエーター１１１内を空気圧によって往復駆動するピストン１１２から延びている駆動ロッド１１５の先端にプレスステージ１１７ｂを設け、その上にモールド金型１１８を載置してピストン１１２を上方向に駆動させて、上方に固定されているプレスステージ１１７ａにモールド金型１１８を当接させてモールド金型１１８をプレスステージ１１７ａ、ｂで押圧して加圧する。
本例の装置は、ピストン１１２のヘッド側のヘッド側作動圧室１１３へ通ずる圧縮空気の流路である配管１２３中、およびその反対側の駆動ロッド側作動圧室１１４へ通ずる圧縮空気の流路である配管１２４中にそれぞれ電空比例弁１１９および１２０が設けられており、制御装置１２１からの指令信号により両電空比例弁１１９、１２０の開閉を制御してヘッド側作動圧室１１３および駆動ロッド側作動圧室１１４の両作動圧室にそれぞれ流入する圧縮空気の空気流入量を調整することによってピストン１１２を駆動するところが図１に例示した装置とのおもな相違点である。
【００１９】
ピストン１１２の固定には圧縮空気の弾性を軽減させるためにヘッド側作動圧室１１３および駆動ロッド側作動圧室１１４を共に高圧状態で待機させておき、モールド金型１１８のプレス時には電空比例弁１１９を動作させてヘッド側作動圧室１１３に圧縮空気を一定量流入させ、一方、駆動ロッド側作動圧室１１４への空気流入量がヘッド側作動圧室１１３に流入する空気流入量より少なくなるように制御装置１２１からの指令信号により駆動ロッド側作動圧室１１４に通ずる電空比例弁１２０の開閉をコントロールすることによりピストン１１２を駆動ロッド側作動圧室１１４方向（上方向）に駆動させて、上方で固定されているプレステージ１１７ａにプレステージ１１７ｂを当接させてモールド金型１１８を押圧し、プレスする。
駆動ロッド１１５を下降させる際は、制御装置１２１からの信号により駆動ロッド側作動圧室１１４に流入する空気量がヘッド側作動圧室１１３に流入する空気量より多くなるように電空比例弁１１９、１２０の開閉を制御し、駆動ロッド１１５が下降するようにピストン１１２を駆動させる。
【００２０】
さらに、本例の装置では駆動ロッド１１５の移動位置を検知する位置検出器１１６と、該駆動ロッド１１５の軸方向に作用する力を検知する力検出器１２５がそれぞれ設けられており、これら位置検出器１１６および力検出器１２５から出力される位置検知信号および力検知信号はそれぞれ制御装置１２１に常時入力されるようになっている。そして、駆動ロッド１１５が上方向に駆動し、制御装置１２１に予め記憶させてある位置Ｌ１に達するまでは位置検出器１１６からの位置検知信号により電空比例弁１２０の開閉制御をさせる位置制御モードにより電空比例弁１２０を動作させ、位置検出器１１６が位置Ｌ１を検知し、該位置検出器１１６からの位置Ｌ１に対応する位置検知信号を制御装置１２１が認識した時点で力検出器１２５からの力検知信号により電空比例弁１２０を作動さるようにしておき、力検出器１２５からの力検知信号が予め制御装置１２１に記憶させてある設定値に達すると力検出器１２５からの力検知信号を認識して制御装置１２１による空電比例弁１２０の開閉制御を行う力制御モードに切り替え、力検知信号が予め記憶させてある設定値に達した時点でピストン１１２、すなわち駆動ロッド１１５が停止するように電空比例弁１１９、１２０の開閉を制御する機構となっている。
【００２１】
このように駆動ロッド１１５が上昇してプレスステージ１１７ｂが予め設定された位置Ｌ１（モールド金型１１８のプレスが始まる寸前）まで到達し、位置Ｌ１に相当する位置検知信号を制御装置１２１が認識すると電空比例弁１１９、１２０の開閉制御を位置制御モードから力制御モードに切り替えることによって、急激に、また所定圧以上にモールド金型１１８を押圧することがなく、スムーズにプレスステージ１１７ａ、ｂによるモールド金型１１８のプレスを行うことができるため、スペーサーを使用することなく従来の光学素子プレス成形装置に比べて成形体の破損や加工精度の低下などが防止できる。なお、本例では、電空比例弁１１９、１２０としてＳＭＣ社製電空比例弁（型番ＶＥＦ３１２１−１−０２）を、また、位置検出器１１６としてソニー社製レーザスケール（型番ＢＬ−５５−１７０ＲＵＦ）をそれぞれ使用した。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の光学素子プレス成形装置の一実施例について、その構成を示す概略図である。
【図２】本発明光学素子プレス成形装置の他の実施例について、その構成を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２３】
１、１１１  アクチュエータ
２、１１２  ピストン
３、１１３  ヘッド側作動圧室
４、１１４  ロッド側作動圧室
５、１１５  駆動ロッド
６、１１６  位置検出装置
７ａ、７ｂ、１１７ａ、１１７ｂ  プレスステージ
８、１１８  モールド金型
９  精密減圧弁
１０  電空減圧弁
１１９、１２０  電空比例弁
１１、１２１  制御装置
１２、１３、１４、１２２、１２３、１２４  配管
１２５  力検出器
【図１】
2005035834.tif 000003
【図２】
2005035834.tif 000004